JPH04127544A

JPH04127544A - 半導体結晶の製造方法及びそれに用いる半導体製造装置

Info

Publication number: JPH04127544A
Application number: JP24935690A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Yamamoto; 山本　功作; Tamotsu Yamamoto; 保山本; Kazuo Ozaki; 尾崎　一男; Tetsuya Kawachi; 哲也河内
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1992-04-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕液相エピタキシャル成長法にて赤外線検知器用化合物半
導体結晶を製造する方法及びそれに用いる製造装置に関
し、成長終了後の冷却過程において基板が反らないようにす
ることを目的とし、基板の表面上に液相エピタキシャル成長法にて第１の化
合物半導体結晶層を形成する半導体結晶の製造方法にお
いて、前記第１の化合物半導体結晶層と同一の構成元素
で、かつ、略同じ厚さの第２の化合物半導体結晶層を、
液相エピタキシャル成長工程時に前記基板の裏面に形成
するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体結晶の製造方法及びそれに用いる製造装
置に係り、特に液相エピタキシャル成長法にて赤外線検
知器用化合物半導体結晶層を製造する方法及びそれに用
いる製造装置に関する。

赤外線検知器にはエネルギーバンドギャップが狭い化合
物半導体結晶、例えば水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇ
＋−ｘｃｄ工Ｔｅ）結晶が光導電素子として用いられる
。このようなＨｇ　＋イＣｄ。

Ｔｅ結晶を製造するに際しては、例えば閉管チッピング
式の液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ：Ｌｉｑｕｉｄ　
Ｐｈａｓｅ　Ｂｐｉｔａｘｙ）装置が使用されるが、表
面ができるだけ平坦なＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ結晶を
基板上にエピタキシャル成長させることが重要となる。

（従来の技術〕第８図は従来の半導体結晶製造装置の一例の構成図を示
す。同図中、ｌは円筒状の石英管（アンプル）で、その
内部に基板ホルダ２．ＣｄＴｅ基板３．エピタキシャル
結晶成長メルト４が配置されている。また、５は炉心管
、６は例えばカーボンよりなるヒートシンクブロック、
７はヒータ、８は回転装置、９は回転装置８からの回転
力をアンプルｌに伝達する回転軸である。

次に、この従来の製造装置の動作について、第８図中、
ＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図を示す第９図と共に説明する
。メルト４はＨｇ、Ｃｄ、Ｔｅを所定の比重で混合後溶
融した飽和状態の溶液で、まず回転装置８により第８図
に示した状態からアンプルｌを１８０°回転して第９図
（Ａ）に示す如くＣｄＴｅ基板３の表面をメルト４に接
触させて所定温度で所定時間保持させ、ＣｄＴｅ基板３
上に所望の厚さのＨｇＣｄＴｅ層をエピタキシャル成長
させる。

続いて、回転装置８により第９図（Ｂ）に示す如くアン
プル１を再び１８０°回転し、基板２とメルト４とが接
触しないようにした状態を所定時間保持し、炉中冷却を
行なう。

このようにして、従来はＬＰＥ法によりＣｄＴｅ基板２
の表面に第１Ｏ図（Ａ）に１０で示す如＜Ｈｇ＋−ｘ　
Ｃｄｘ　Ｔｅ１ｔ　ｏを成長させていた。

なお、ＣｄＴｅ基板２は、サファイア、シリコン（Ｓｔ
）又はＧａＡｓ等の異種基板上にＣｄＴｅ層が形成され
たＣｄＴｅ／異種基板を用いてもよい。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、上記の従来方法では、成長温度（５００℃）
においては、ＨｇＣｄＴｅ層１０とＣｄＴｅ基板２との
間には応力は働いていないか、両者には熱膨張率に差か
あるため（ＨｇＣｄＴｅ　　：４．３　　Ｘ　　１　０
−　＠ｄｅｇ　　−＋、　　　ＣｄＴｅ　　：５．５　
　ｘ］　０−’ｄｅｇ　−’）　、室温まで冷却すると
一般には熱膨張率が大きなＣｄＴｅ基板２の方がＨｇＣ
ｄＴｅ層ＩＯよりも大きく収縮し、その結果、第１０図
（Ｂ）に示す如＜ＨｇＣｄＴｅ層ｌＯが凸状に反ってし
まう。また、ＨｇＣｄＴｅＪｉｉｌ　０の表面が平坦で
ないと、マスク合わせ等の工程で高精度に合わせできな
いという問題がある。

なお、上記の反りの防止のため、ＣｄＴｅ基板２の裏面
にＳｔ層を予め形成することも知られているが、この方
法は成長温度付近でＳｔを蒸着するため、工数がかかり
、また汚染の原因にもなるという問題がある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、成長終了後の
冷却過程において基板が反らないようにできる半導体結
晶の製造方法及びそれに用いる半導体製造装置を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図を示す。本発明方法は第１
図（Ａ）に示す如く、基板１１の表面上に液相エピタキ
シャル成長法にて第１の化合物半導体結晶層１２を形成
するに際し、第１の化合物半導体結晶層１２と同一の構
成元素で、かつ、略同じ厚さの第２の化合物半導体結晶
層１３を、液相エピタキシャル成長工程時に基板１１の
裏面に形成するようにしたものである。

また、本発明装置では、閉管チッピング方式の液相エピ
タキシャル成長装置において、基板ホルダの底部に小孔
を設けるか、又は基板表面へのエピタキシャル結晶成長
用メルトの通路をメルトが通過できる最小の大きさに設
定したものである。

〔作用〕

本発明方法では、基板１１の裏面にも、表面と同じ構成
元素で、かつ、略同じ厚さの第２の化合物半導体層１３
が成長されるので、室温まで冷却した際に基板１１の表
面に成長された第１の化合物半導体層１２と基板１１と
の間の熱膨張率の差に基づく反り応力を、第１図（Ｂ）
に示す如く基板１１と第２の化合物半導体層１３との間
の熱膨張率の差に基づく反り応力で打ち消すことができ
る。

また、本発明装置では基板ホルダ底部に小孔を設けたり
、あるいは前記通路の大きさを設定しているため、基板
１１の底部に位置する基板裏面に対する気相成長を促進
できる。

〔実施例〕

第２図は本発明方法の第１実施例の説明図を示す。本実
施例は前記した第８図に示すＬＰＥ装置と基本的には同
様の構成によって液相エピタキシャル成長を行なうが、
本実施例では等温気相成長も行なう点で従来方法と大き
く異なる。

まず、第２図（Ａ）に示す状態で等温気相成長を行なう
。同図中、アンプル２０内では基板ホルダ２１に保持さ
れたエピタキシャル成長用基板２２（前記基板１１に相
当）が、エピタキシャル結晶成長用メルト２３と非接触
の状態とされており、基板２２の裏面が基板ホルダ２１
を介してメルト２３に対向するように位置している。こ
こで基板２２はバルクＣｄＴｅ、あるいは異種基板（サ
ファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓ等）の両面にＣｄＴｅを成長
したＣｄＴｅ／異種基板／　Ｃｄ　Ｔ　ｅである。

また、エピタキシャル結晶成長用メルト２３は所謂Ｔｅ
リッチメルトと称されるもので（Ｈｇ＋−ｚ　Ｃｄｚ　
）ｌ−ｙ　Ｔｅｙ　　（ｙは０．５以上）で表わされる
、Ｈｇ原子とＣｄ原子の和の原子数よりもＴｅ原子の個
数が多い融液である。

等温気相成長は例えば本出願人が特願平ｌ−１８７９９
０号にて提案した成長法で、第２図（Ａ）に示す状態で
、アンプル２０内の温度を昇温し、エピタキシャル結晶
成長用メルト２３の液相化温度ＴＬ以上の所定の温度で
長時間基板２２を保持することで行なわれる。上記の液
相化温度ＴＬ以上の所定温度では、メルト２３．雰囲気
ガス及び基板２２で構成される三相が平衡状態となり、
基板２２の表面と裏面の各ＣｄＴｅ層には、メルト２３
より析出する固相のＨｇ、−ｘ　Ｃｄｚ　Ｔ６の結晶の
Ｘ値と等しい値に、Ｘ値が到達するまでＨｇとＴｅが輸
送されることにより、Ｈｇ　＋−ｘ　Ｃｄ　ｘＴｅ結晶
層が形成されると共に、ＣｄＴｅ層内部ではこのＨｇ　
＋−ｘ　Ｃｄ　ｘ　Ｔ　ｅ結晶層と相互拡散を起こす。

その結果、基板２２の表面と裏面の各ＣｄＴｅ層は、Ｈ
ｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ結晶層に変換される。

このときのＨｇ　＋−エＣｄｘＴｅ結晶層の厚みは、予
め形成したＣｄＴｅ層の厚さ及びＨｇ　＋−ｘ　Ｃｄｘ
ＴｅのＸ値によって定まる値になり、ここでは後述のＬ
ＰＥ成長によって基板２２の表面に形成されるＨｇ＋−
ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ層の厚さに等しい値に設定される。な
お、基板２２は基板ホルダ２１に保持されているが、基
板ホルダ２１と基板２２との隙間を介して、上記のＨｇ
１−ウＣｄｘ　Ｔｅ結晶層の気相成長が基板２２の裏面
に対しても行なわれる。

次にアンプル２０内の温度を降温しながら、前記液相化
温度Ｔ１以上の所定の成長開始温度でアンプル２０を１
８０°回転して第２図（Ｂ）に示す如く、基板２２の表
面を飽和状態のメルト２３に接触させる。これにより、
前記等温気相成長時に基板２２の表面に形成されたＨｇ
＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ結晶層はメルトバックにより除去
され、その後基板２２の表面にＬＰＥ成長が始まり、Ｈ
ｇ　＋イＣｄ　ｘ　Ｔ　ｅ層が成長される。

次に所定時間後、アンプル２０を再び１８０°回転して
ＬＰＥ成長を終了する。これにより、第１図（Ａ）に示
したように、基板２２（１１）の表面には第１の化合物
半導体層１２としてＬＰＥ成長されたＨｇ＋−ｘ　Ｃｄ
ｘ　Ｔｅ層が形成され、また基板２２（１１）の裏面に
は第２の化合物半導体層１３として等温気相成長された
Ｈ　ｇ　＋−ｘ　Ｃｄ、Ｔｅ結晶層が形成された半導体
結晶が得られる。

その後、アンプル２０内の温度を室温まで冷却するが、
その際、基板２２の表面と裏面には同じ組成Ｈｇ＋−ｘ
　Ｃｄｘ　Ｔｅの結晶層が略同じ厚さて形成されている
から、基板と結晶層間の熱膨張率の差に基づく反り応力
が基板の表面と裏面で釣り合い、反りの無い表面が平坦
な半導体結晶が製造される。

次に本発明方法の第２実施例について説明する。

本実施例では第３図に示す公知のＬＰＥ装置が使用され
る。同図中、３０はアンプルで、その内部には基板ホル
ダ３１により保持された基板３２かエピタキシャル結晶
成長用メルト２３の上方に配置されている。

また、基板ホルダ３１は第３図中、アンプル３０の長手
方向に沿う縦断面図である第４図に示すように、アンプ
ル３０内に基板ホルダ３１の両側に配置された固定治具
３４の凹部３５に嵌合固定されている。アンプル３０は
その軸線を中心として回転自在に構成されており、また
固定治具３４はアンプル３０と一体的に回転するように
なされているから、基板３２は基板ホルダ３１と共にア
ンプル３０と一体的に回転する。

上記の基板３２はバルクＣｄＴｅ、あるいは前記したＣ
ｄＴｅ／異種基板／　Ｃｄ　Ｔ　ｅであり、また上記の
エピタキシャル結晶成長用メルト３３は例えば前記した
Ｔｅリッチメルトである。

次に本実施例の動作について第５図と共に説明する。同
図中、第３図及び第４図と同一構成部分には同一符号を
付し、その説明を省略する。また、第５図には動作説明
に必要最小限なもののみ図示しである。まず、Ｈｇ、Ｃ
ｄ及びＴｅを所定の比率で混合後溶融して所定の形に成
形した固形の原料結晶をアンプル３０内の所定位置に置
き、アンプル３０内を昇温し、所定の温度て短時間溶融
し、第５図（Ａ）に示すようにエピタキシャル結晶成長
用メルト３３を得る。

次に、アンプル３０内を降温しでいき、成長開始温度で
アンプル３０を１８０°回転し、第５図（Ｂ）に示す如
く基板３２を上記メルト３３中に浸し、基板３２の両面
にＨｇ　ｌ−ｘ　Ｃｄ　ｘ　Ｔ　ｅのＬＰＥ成長を開始
する。この状態を所定時間継続した後、アンプル３０を
再び１８０°回転して第５図（Ａ）の状態にすると、第
１図（Ａ）に示したように、基板３２（１１）の表面と
裏面の夫々に、第１及び第２の化合物半導体層１２及び
Ｉ３として、同じ厚さのＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ層が
ＬＰＥ成長された半導体結晶が得られる。その後、第５
図（Ａ）の状態でアンプル３０内の温度を室温にまで冷
却する。この冷却を行なった際、本実施例によれば、第
１実施例と同様の理由で反りのない、表面が平坦な半導
体結晶が得られる。また、基板の両面にＨｇ＋−ｘ　Ｃ
ｄｘ　Ｔｅ結晶層をＬＰＥ成長時に同時に形成するため
、工数がかからず、汚染もない。

次に本発明装置の各実施例について説明する。

第６図は本発明製造装置の要部の一実施例の斜視図を示
す。同図は基板ホルダ４０の斜視図を示している。基板
ホルダ４０は矩形の箱状のもので、基板を収納する凹部
４１と基板を載置する底部４２とを有し、底部４２には
多数の小孔４３が穿設されている。

この基板ホルダ４０を前記基板ホルダ２１として用いた
場合は、等温気相成長時に基板２２の裏面に対して小孔
４３を通しても気相成長か行なわれるから、小孔４３を
有さない基板ホルダ使用時に比し、基板２２裏面の気相
成長を促進することができる。

次に本発明装置の他の実施例について第７図と共に説明
する。同図中、第２図及び第６図と同一構成部分には同
一符号を付し、その説明を省略する。第７図において、
アンプル２０の内壁に一端が固定され、他端が基板ホル
ダ４０の外周側面に近接離間対向するように部材５０が
配置されている。従って、この部材５０と基板ホルダ４
０の外周側面との間に通路５１が形成され、その通路５
真の大きさはメルト２３が通過できる最小の大きさ（例
えば数百μｍ）に設定されている。

これにより、基板２２に対する気相成長は、小孔４３を
通して、基板裏面側において促進され、他方、基板表面
への通り路かできる限り細くされているため、基板表面
では抑制される。この結果、より短時間で所定厚みのＨ
ｇ　＋−ｘ　ＣｄアＴｅ結晶層を基板２２の裏面に成長
させることができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明製造方法によれば、基板表面の第１
の化合物半導体層と基板との間の熱膨張率の差に基づく
反り応力を、基板裏面に形成した第２の化合物半導体層
と基板との間の熱膨張率の差に基づく反り応力で打ち消
すようにしたため、成長終了後の冷却過程において基板
が反ることなく、表面が平坦な半導体結晶を製造するこ
とかでき、またＬＰＥ成長時に上記の第１及び第２の化
合物半導体層を同時に形成しているため、工数もかから
ず汚染の心配もない。また、本発明製造装置によれば、
基板ホルダ底部に小孔を設けたり、基板表面へのメルト
の通路を狭くして基板裏面に対する気相成長を促進して
いるため、基板裏面への化合物半導体層の形成をより短
時間で行なうことができる等の特長を有するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明方法の第１実施例の説明図、第３図は本
発明に適用し得るＬＰＥ装置の一例の構成図、第４図は第３図の縦断面図、第５図は本発明方法の第２実施例の説明図、第６図は本
発明装置の要部の一実施例の斜視図、第７図は本発明装
置の要部の他の実施例の構成図、第８図は従来装置の一例の構成図、第９図は第８図の動作説明図、第１Ｏ図は従来方法の課題説明図である。図において、＋＋、２２．３２はエピタキシャル成長用基板、１２は
第１の化合物半導体結晶層、１３は第２の化合物半導体結晶層、２３．３３はエピタキシャル結晶成長用メルトを示す。本発明の原理説明図第１図本発明方法の第１実施例の説明図第２図３３メルト本発明１こ適用し得るＬＰＥ装置の一例の構成図筒図第３図の縦断面図第図本発明方法の第２実施例の説明図第５図本発明装置の要部の第６実施例の斜視図図本発明装置の要部の他の実施例の構成図第７図従来装置の一例の構成図第８図第８図の動作説明図第９図従来方法の課題説明図第１０図ｄＴｅ基板

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板（１１）の表面上に液相エピタキシャル成長
法にて第１の化合物半導体結晶層（１２）を形成する半
導体結晶の製造方法において、前記第１の化合物半導体
結晶層（１２）と同一の構成元素で、かつ、略同じ厚さ
の第２の化合物半導体結晶層（１３）を、液相エピタキ
シャル成長工程時に前記基板（１１）の裏面に形成する
ことを特徴とする半導体結晶の製造方法。
（２）前記基板（１１）の表面と裏面は夫々少なくとも
前記第１の化合物半導体結晶層（１２）の構成元素を含
む結晶層からなり、かつ、前記液相エピタキシャル成長
前に、等温気相成長により前記基板（１１）の両面に夫
々前記第２の化合物半導体結晶層（１３）を成長した後
、前記液相エピタキシャル成長法を適用して該基板（１
１）の表面に形成された該第２の化合物半導体結晶層を
メルトバックで除去すると共に、前記第１の化合物半導
体結晶層（１２）を形成することを特徴とする請求項１
記載の半導体結晶の製造方法。
（３）前記基板（１１）の表面と裏面は夫々少なくとも
前記第１の化合物半導体結晶層（１２）の構成元素を含
む結晶層からなり、該基板の両面に夫々液相エピタキシ
ャル成長を行なって前記第１及び第２の化合物半導体結
晶層（１２、１３）を夫々形成することを特徴とする請
求項１記載の半導体結晶の製造方法。
（４）基板ホルダ（４０）に保持された前記基板（１１
）の表面をエピタキシャル結晶成長用メルト（２３）に
接触させて該基板（１１）表面に前記第１の化合物半導
体結晶層（１２）を成長させる閉管チッピング方式の液
相エピタキシャル成長装置において、前記基板ホルダ（４０）の底部に小孔（４３）を設けた
ことを特徴とする請求項２記載の半導体結晶を製造する
半導体結晶製造装置。
（５）基板ホルダ（４０）に保持された前記基板（１１
）の表面をエピタキシャル結晶成長用メルト（２３）に
接触させて該基板（１１）表面に前記第１の化合物半導
体結晶層（１２）を成長させる閉管チッピング方式の液
相エピタキシャル成長装置において、前記基板（１１）表面への前記メルト（２３）の通路（
５１）を該メルト（２３）が通過できる最小の大きさに
設定したことを特徴とする請求項２記載の半導体結晶を
製造する半導体結晶製造装置。